C++多线程std::async、std::future、std::packaged_task、std::promise

std::async

std::async用于创建异步任务，实际上就是创建一个线程执行相应任务，默认立即开始执行。
std::async就是异步编程的高级封装，std::async的操作，其实相当于封装了std::promise、std::packaged_task加上std::thread,基本上可以代替std::thread 的所有事情。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <iostream> // std::cout
#include <thread>   // std::thread
#include <mutex>    // std::mutex
#include <future>   // std::future

int thread_task()
{
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    std::cout << "thread_task" << std::endl;
    return 0;
}

int main()
{
    std::async(thread_task);
    return 0;
}
std::launch::deferred参数

如果对std::async使用该参数，那么这个任务将变成同步任务，不会立即执行，直到std::future类对象调用get()或者wait()时才会开始执行，而且不会创建子线程，会直接在本线程执行。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <iostream> // std::cout
#include <thread>   // std::thread
#include <mutex>    // std::mutex
#include <future>   // std::future

int thread_task()
{
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    std::cout << "thread_task" << std::endl;
    return 0;
}

int main()
{
    std::future<int> result =  std::async(std::launch::deferred, thread_task);
    //std::cout << result.get() << std::endl;
    return 0;
}
std::launch::async参数

这是std::async的默认参数，即创建一个子线程并立即开始执行。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <iostream> // std::cout
#include <thread>   // std::thread
#include <mutex>    // std::mutex
#include <future>   // std::future

int thread_task()
{
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    std::cout << "thread_task" << std::endl;
    return 0;
}

int main()
{
    std::future<int> result =  std::async(std::launch::async, thread_task);
    //std::cout << result.get() << std::endl;
    return 0;
}

std::future

std::async异步任务可以返回一个std::future对象，可用来保存子线程入口函数的返回值。
std::async、std::packaged_task 或 std::promise都能提供一个std::future对象给该异步操作的创建者。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <iostream> // std::cout
#include <thread>   // std::thread
#include <mutex>    // std::mutex
#include <future>   // std::future

int thread_task()
{
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    std::cout << "thread_task" << std::endl;
    return 0;
}

int main()
{
    std::future<int> result =  std::async(thread_task);
    std::cout << result.get() << std::endl;
    return 0;
}

使用std::future类的get()函数，可以阻塞等待子线程返回获取返回值.
std::future类的wait()函数，可以阻塞等待子线程执行结束，本身不返回结果。

get()函数职能调用一次，不可调用多次,调用多次会导致程序异常退出。

std::packaged_task

std::packaged_task 包装一个可调用的对象，并且允许异步获取该可调用对象产生的结果，从包装可调用对象意义上来讲，std::packaged_task 与 std::function 类似，只不过 std::packaged_task 将其包装的可调用对象的执行结果传递给一个 std::future 对象（该对象通常在另外一个线程中获取 std::packaged_task 任务的执行结果）。
std::packaged_task 对象内部包含了两个最基本元素：一、被包装的任务(stored task)，任务(task)是一个可调用的对象，如函数指针、成员函数指针或者函数对象；二、共享状态(shared state)，用于保存任务的返回值，可以通过 std::future 对象来达到异步访问共享状态的效果。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <iostream> // std::cout
#include <thread>   // std::thread
#include <mutex>    // std::mutex
#include <future>   // std::future

int thread_task(int i)
{
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    std::cout << "thread_task" << i << std::endl;
    return 0;
}

int main()
{
    std::packaged_task<int(int)> pack(thread_task);
    std::thread mythread(std::ref(pack), 5);
    mythread.join();
    std::future<int> result = pack.get_future();
    std::cout << result.get() << std::endl;
    return 0;
}

std::packaged_task对象还可以直接调用，类似函数调用，如上例中使用pack(5)。

std::promise

我们可以在某个线程中对该类对象进行赋值，然后可以在其它线程中取出其值。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <iostream> // std::cout
#include <thread>   // std::thread
#include <mutex>    // std::mutex
#include <future>   // std::future

int thread_task(std::promise<int>& pro, int i)
{
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    std::cout << "thread_task" << i << std::endl;
    pro.set_value(i);
    return 0;
}

int main()
{
    std::promise<int> pro;
    std::thread mythread(thread_task, std::ref(pro), 5);
    mythread.join();
    std::future<int> result = pro.get_future();
    std::cout << result.get() << std::endl;
    return 0;
}

set_value()只能被调用一次，多次调用会导致程序异常。
get()也只能被调用一次，多次调用会导致程序异常。
std::share_future()对象可以多次被get()。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <iostream> // std::cout
#include <thread>   // std::thread
#include <mutex>    // std::mutex
#include <future>   // std::future

int thread_task(std::promise<int>& pro, int i)
{
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    std::cout << "thread_task" << i << std::endl;
    pro.set_value(i);
    return 0;
}

int main()
{
    std::promise<int> pro;
    std::thread mythread(thread_task, std::ref(pro), 5);
    mythread.join();
    std::future<int> result = pro.get_future();
    std::future_status status =  result.wait_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    if (std::future_status::ready == status)
    {
        //线程已成功返回
    }
    else if (std::future_status::timeout == status)
    {
        //wait_for的时间已结束，线程仍未成功返回
    }
    else if (std::future_status::deferred == status)
    {
        //如果std::async的第一个参数设置为std::launch::deferred
        //则该线程会直到std::future对象调用wait()或get()时才会执行
        //这种情况就会满足
    }
    std::cout << result.get() << std::endl;
    return 0;
}
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